INGENIERÍA AMBIENTAL FUNDAMENTOS DE AGUAS RESIDUALES.
PROFESOR: I.Q.I. FERNANDO DAW CEBALLOS.
8° SEMESTRE DULCE GABRIELA CHI NUÑEZ REBECA GISELLE RIVERO ANDRADE 01/JUNIO/2016
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10.11 Investigue el uso de un método de sedimentación que proporcione tratamiento residencial (punto de uso) en el mundo en desarrollo. Escriba un ensayo de una cuartilla que este claramente referenciado. En su ensayo mencione estos temas: ¿La tecnología es asequible para la población local? ¿Utiliza materiales locales y trabajo local para su construcción? ¿Cuáles son las mejoras de salud observadas después de la implementación del sistema de tratamiento? ¿Qué entrenamiento específico cree que sea requerido para asegurar la operación apropiada de la tecnología?
En la Región de América Latina y el Caribe, se imita la tecnología de los países desarrollados y se construyeron plantas con tratamiento primario (sedimentación) y secundario (tratamiento biológico con filtros o lodos activados), La sedimentación es un proceso de tratamiento físico que se usa para reducir la turbidez del agua. Los materiales suspendidos en el agua, como partículas de arena, arcilla y otros materiales, pueden ser simplemente removidos por medio de la decantación de agua. Esto se puede realizar en un reservorio natural, una piscina de decantación o en un tanque grande. El proceso de sedimentación puede acelerarse a través del uso de coagulantes y floculantes, estos pueden ser naturales (p.ej. Moringa) o químicos sintéticos (p. ej. purificadores de agua, PURA), estos último cambian las cargas electrónicas de los materiales suspendidos. Esto permite que las partículas se unan, de este modo se incrementa su masa y estás pueden precipitarse en el fondo del recipiente. Dado que las bacterias y los virus se fijan a las partículas superficiales, la remoción de las partículas a través de la sedimentación producirá una reducción significativa de las concentraciones de las bacterias. Los países de América Latina y el Caribe ven con cierta preocupación el deterioro progresivo de los recursos hídricos y la ineficacia de las tecnologías que los países desarrollados han utilizado para resolver este problema. Si el fracaso se debe a razones sociales y económicas (el ingreso per cápita de los países de América Latina y el Caribe está entre una décima y vigésima parte del correspondiente a los países desarrollados), La Sedimentación es la remoción de patógenos puede darse por sedimentación o adsorción de partículas sedimentables. Probablemente la sedimentación de bacterias desempeña un papel solo si éstas son adsorbidas en 2
grandes partículas. la única alternativa que queda es el uso de las tecnologías apropiadas. Los métodos convencionales, tales como filtros biológicos, lodos activados, zanjas de oxidación, entre otros, tienen la desventaja de tener altos costos de inversión, dificultades de operación y mantenimiento, y requieren de desinfección para garantizar una calidad microbiológica comparable a las lagunas de estabilización. Por otro lado, las lagunas de estabilización requieren operación y mantenimiento mínimos ya que sus procesos biológicos son naturales y por lo tanto no necesitan equipo electromecánico, combustible ni energía eléctrica, adecuándose de esta forma a las posibilidades económicas, de espacio, valor de la tierra y de recursos de los países de la Región. La sedimentación primaria puede llevarse a cabo en tanques rectangulares alargados o en tanques circulares. En los tanques rectangulares, la espuma se retira utilizando unas rastras de lodo que, de manera alternada, después de recorrer el tanque por el fondo, regresan a su punto de partida recorriendo la superficie del agua, lo que se aprovecha para remover la espuma. El material flotante se desplaza de esta manera hasta un sitio donde se colecta, ubicado a cierta distancia hacia atrás del vertedor del efluente, y allí es retirado al pasar sobre un vertedor de espuma o por medio de una rastra transversal . Una gran parte de la población mundial, alrededor de 1,1 mil millones de personas, no tiene acceso a fuentes mejoradas de agua. Para otros, la contaminación del agua durante el transporte y en el hogar presenta un riesgo significativo para la salud. Para este s egmento de la población mundial . La
sedimentación incluye la eficacia para mejorar y mantener la calidad microbiológica
del agua, la eficacia para reducir la incidencia de enfermedades infecciosas transmitidas por el agua, la dificultad o simplicidad técnica, la accesibilidad, los costos, la aceptabilidad sociocultural, la sostenibilidad y el potencial para su diseminación. Este tratamiento considera métodos y sistemas que protegen el agua durante su almacenamiento, recolección y uso y que mejoran la calidad microbiológica a fin de reducir la exposición a agentes patógenos y los riesgos de contraer enfermedades diarreicas y otras enfermedades infecciosas transmitidas por el agua. Se ha demostrado que los riesgos más significativos e inmediatos relacionados con el uso de agua potable contaminada son los microbios entéricos 3
de origen fecal u otras fuentes. Por consiguiente, esta revisión se centra principalmente en las estrategias y sistemas para proteger y mejorar la calidad microbiológica del agua domiciliaria a fin de prevenir y controlar las enfermedades microbianas transmitidas por el agua. Principalmente los sedimentadores son necesarios en sistemas de tratamiento de aguas residuales, ya que las partículas que se encuentran en el agua pueden ser perjudiciales en los procesos biológicos ya que los inhiben y se depositan en el medio filtrante causando elevadas pérdidas de carga y deterioro de la calidad del agua efluente de los filtros . Los estudios indican que el uso de contenedores con bocas estrechas para el llenado y dispositivos, como los grifos, protegen el agua recolectada durante su almacenamiento y uso domiciliario. Muchos diseños de contenedores también tienen asas, son livianos, duraderos, de plástico resistente a los rayos ultravioleta y tienen etiquetas con indicaciones para su limpieza y uso. Otros contenedores apropiados para el almacenamiento seguro son aquellos en los que se puede tratar el agua directamente a través del método físico de radiación solar para luego almacenarla y proveerla directamente para el uso doméstico. Estos contenedores mejorados protegen el agua almacenada al evitar el ingreso de vectores y microbios por el contacto con las manos, los pañales u otros medios contaminados con heces. En el caso de las poblaciones que no están cubiertas por el servicio de abastecimiento de agua, resulta mucho más rápido implementar el tratamiento domiciliario en lugar de diseñar e instalar sistemas de tuberías para el abastecimiento comunitario de agua. El material suspendido en el agua reduce la eficacia microbicida del cloro y de otros productos químicos desinfectantes; protege físicamente a los microbios contra los rayos ultravioleta de la luz solar y de las lámparas de arco de mercurio e influye significativamente en su actividad de desinfección. Se deben investigar, caracterizar e implementar tecnologías físicas y fisicoquímicas para un sedimentación primaria práctica y de bajo costo del agua domiciliaria antes de la cloración, desinfección solar con rayos ultravioleta y calor o desinfección ultravioleta con lámparas.
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10.12 Investigue el problema global del arsénico en Estados Unidos o Europa, y en Bangladesh o en Bengala del Oeste (India). En un ensayo de dos cuartillas, identifique, compare y contraste la extensión del problema (espacialmente y en términos de la población afectada). ¿Cuáles son los métodos actuales de tratamiento empleados para eliminar el arsénico y cuáles son los costos asociados? ¿Cuáles son los estándares de tratamiento actuales en ambas locaciones?
El arsénico está presente de forma natural en niveles altos en las aguas subterráneas de varios países. El arsénico es muy tóxico en su forma inorgánica. Su mayor amenaza para la salud pública reside en la utilización de agua contaminada para beber, preparar alimentos y regar cultivos alimentarios. La exposición prolongada al arsénico a través del consumo de agua y alimentos contaminados puede causar cáncer y lesiones cutáneas. También se ha asociado a problemas de desarrollo, enfermedades cardiovasculares, neurotoxicidad y diabetes. La contaminación por arsénico de las aguas subterráneas es un problema muy extendido; varias regiones presentan niveles importantes de consumo de agua contaminada. Eua
La contaminación de las aguas con arsénico en Eua constituye un grave problema. Más de 14 millones de personas en todo el país beben agua con niveles de arsénico superiores a la concentración máxima recomendada por la Organización Mundial de la Salud (OMS). El grado de toxicidad del arsénico depende de su forma química y de su estado de oxidación. Los compuestos orgánicos de arsénico, abundantes en alimentos de origen marino, son generalmente los menos dañinos para la salud y se eliminan rápidamente del organismo. Por el contrario, los compuestos inorgánicos son considerablemente más perjudiciales, siendo As(III) mucho más lábil y tóxico que As(V)La propuesta y desarrollo de procedimientos y tecnologías capaces de llevar a cabo la eliminación del arsénico del agua de consumo de una manera eficiente y económica, es una cuestión de vital importancia para mejorar la calidad de vida de todas las personas 5
afectadas. Los niveles de arsénico en el agua potable superan los niveles federales de seguridad en más de 60 comunidades rurales de Texas, según un informe publicado por el grupo de defensa ambiental Environmental Integrity Project. Esta organización analizó más de una década de datos de Texas que muestran que cerca de 51 mil personas en 34 comunidades han estado expuestas a
agua
potable
contaminada
durante
al
menos
una
década.
El grupo afirma que Texas necesita hacer más para advertir a los residentes sobre los riesgos de la exposición al arsénico, un carcinógeno de origen natural. La Comisión de Calidad del Medio Ambiente de Texas confirmó que 65 comunidades superan el límite de arsénico permitido y que la mayoría de ellas se encuentran en la Costa del Golfo de México, pero también en el Oeste de Texas. La agencia informó que en todos –excepto dos casos – había exigido acciones. El mandato estatal a los proveedores fue implementar mejores sistemas de filtración, así como pagar multas. El portavoz de la TCEQ Terry Clawson, dijo que los niveles de arsénico que se encuentran típicamente en Texas ‘no suponen una amenaza para la salud inmediata’, y que el peligro potencial de la ingesta de
arsénico fue detallado en avisos de la agencia a las comunidades afectadas el Paso no se encontraba entre estas. El tratamiento que ellos implementan es el de Coagulación/Filtración Es un proceso de tratamiento por el cual las cargas eléctricas de las sustancias coloidales disueltas o suspendidas son neutralizadas con la adición de sustancias insolubles en el agua, lo que permite la formación de partículas mayores o aglomerados que pueden ser eliminadas por sedimentación o filtración. El tipo y la dosis del coagulante y el pH influyen en la eficiencia del proceso. El rendimiento del sulfato de aluminio es ligeramente menor que el del sulfato férrico. A un pH de 7,6 o menor, ambos coagulantes tienen la misma eficiencia de remoción, sin embargo el sulfato férrico remueve mejor a un pH menor de 7,6. Se determinó que a dosis mayores de 20 mg/l de cloruro férrico ó 40 mg/l de sulfato de aluminio se alcanza una remoción de As+5 de más del 90 %. A bajas dosis de coagulantes la remoción de As+5 es menor. Los costos aproximados Por cada 10.000000 3 son $120,000 USD.
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Bangladesh
En Bangladesh el arsénico ha cobrado gran protagonismo desde que se descubrió, en los años noventa, que este elemento está ampliamente presente en el agua de los pozos. Desde entonces, se han logrado notables progresos, y el número de personas expuestas al arsénico en niveles superiores a los permitidos por las normas nacionales de calidad del agua potable ha disminuido en alrededor de un 40%. Pese a estos esfuerzos, se estima que el número de personas que beben agua regularmente con más de 5 veces, y hasta 100 veces, la concentración de arsénico recomendada con riesgo de exposición a concentraciones de arsénico superiores a la norma nacional de 50 μg/litro y al
valor guía de la OMS de 10 ug/litro ronda en Bangladesh es de los 20 millones y los 45 millones de personas, respectivamente. Los síntomas y signos asociados a elevados niveles de exposición prolongada al arsénico inorgánico difieren entre las personas, los grupos de población y las zonas geográficas. En Bangladesh se ha logrado discriminar entre las fuentes de abastecimiento con altos niveles de arsénico y las fuentes con bajos niveles de arsénico. Por ejemplo, se analiza los niveles de arsénico en el agua y se pintan los pozos canalizados o las bombas de mano de diferentes colores. Se ha mezclado agua con bajos niveles de arsénico con agua de concentración más elevada a fin de conseguir más cantidad de agua con un nivel de concentración aceptable. Esto puede ser una solución eficaz y económica para reducir rápidamente los niveles de exposición, siempre que vaya acompañada de la oportuna campaña educativa pero no elimina el arsénico totalmente si no solo lo reduce para la eliminación del arsénico se podría Instalar sistemas de eliminación del arsénico ya sea de manera centralizada o a nivel doméstico y asegurar que el arsénico eliminado se someta a un tratamiento de residuos adecuado. Entre las tecnologías que permiten eliminar el arsénico destacan la oxidación, la coagulación-precipitación, la absorción, el intercambio de iones y diversas técnicas de membranas. Existe un número cada vez mayor de opciones eficaces y económicas para eliminar el arsénico en las fuentes de abastecimiento de agua a pequeña escala o de tipo doméstico. El tratamiento ideal sería el Intercambio Iónico. Este método puede remover fácilmente el 7
arsénico. Al considerar su aplicación para la remoción de As es importante tener en cuenta que efectos de competencia entre iones ocurrirán y hasta qué punto puede ser reciclada el agua residual (se trata de una solución saturada de sales). Existe una secuencia en la selectividad para el intercambio de determinados iones. Los sulfatos, sólidos disueltos, selenio, flúor y nitratos compiten con el arsénico y pueden afectar la eficiencia de la marcha de intercambio. Aguas crudas conteniendo niveles de sulfatos mayores a 120 mg/l y niveles de TDS superiores que 500 mg/l no son adecuadas para el tratamiento de intercambio iónico. Aguas con altos niveles de hierro o TDS pueden ser sometidas a un pretratamiento. El tratamiento con series de columnas podría mejorar la capacidad de retención de arsénico y permitir una menor frecuencia de regeneración. Se debe tener en cuenta que los sólidos disueltos y el hierro precipitado pueden causar taponamiento de la columna. El intercambio iónico es un método de tratamiento de “punto de entrada” comúnmente utilizado en hogares y establecimientos mayores.
Inicialmente se inyecta un oxidante, como por ejemplo cloro, para asegurar la oxidación de As trivalente a As pentavalente. Un tanque de retención permite el adecuado tiempo de contacto entre As y el oxidante. Dado que la resina aniónica es envenenada con cloro, hierro, manganeso y con la mayoría de sustancias orgánicas que pueden encontrarse presentes en el agua, debe removérselos previamente con un filtro GAC (carbón activado granulado), que los adsorbe. El paso final es la instalación de una unidad intercambiadora de aniones de base fuerte de tipo II. Generalmente se trata de resinas de poliestireno. En ella es removido el As, junto a sulfatos, nitratos y nitritos. La regeneración se realiza con cloruro de sodio. Los períodos de tiempo entre regeneraciones consecutivas se calculan utilizando los parámetros utilizados en los sistemas de remoción de nitratos. La regeneración del medio se calcula en 10 libras de sal por pie cúbico de resina. Durante la regeneración del lecho de resinas se produce una solución residual, que podrá presentar una alta concentración de As y otros contaminantes. Puede presentar altos costos para ser tratada o dispuesta. A partir de diferentes investigaciones se ha llegado a la conclusión de que la solución residual puede ser reutilizada como regenerante hasta 25 veces para minimizar el volumen de 8
residuo generado. Una vez instalado, el costo de operación para la mayoría de tipos de aguas es bajo. La reducción del As es de 95-97%. Debe tenerse en cuenta que no se obtiene ningún efecto de ablandamiento del agua al utilizar resinas aniónicas. Solo se logra la remoción de arsénico, nitratos y nitritos. Los costos aproximados Por cada 15.000000 3 son $175,000 USD.A
10.16 ensayo de enfermedades por aguas contaminadas.
La ascariasis se produce en el intestino delgado y es causada por Ascaris lumbricoides que es una lombriz que se aloja en los intestinos estas lombrices alojan sus huevos en suelo contaminado y se producen por las heces humanas, también se alojan
en los alimentos crudos contaminados por el suelo que
contiene los huevos del gusano. Los huevos del gusano se encuentran Una persona se infecta después de la ingestión accidental de los huevos, los huevos se convierten en larvas en el intestino de la persona, Las larvas penetran en la pared del intestino y pueden llegar a los pulmones a través de la corriente sanguínea. Con el tiempo volver a la garganta y son tragadas. Los niños se infectan con más frecuencia que los adultos, el grupo de edad más común es de 3-8 años. La infección es probable que sea más grave si la nutrición es pobre. A menudo se infectan después de poner sus manos a la boca después de jugar en el suelo contaminado. Comer alimentos crudos cultivados en suelos contaminados o regados con aguas residuales tratadas inadecuadamente es otra vía frecuente de infección. Su alcance global de la crisis de salud pública en términos de población es más frecuente que este paracito se encuentre en lugares donde existe una relación a lo diferentes climas, fenómenos demográficos y al desarrollo socioeconómico de las zonas tropicales y subtropicales, No es de extrañar que estos parásitos sean parte de la vida cotidiana en dichas zonas, aunque su presencia sea global. En los países subdesarrollados, las malas condiciones higiénicas, la escasa cultura médica, el deficiente saneamiento ambiental y las pobres condiciones socioeconómicas están asociadas directamente con la presencia, persistencia y la diseminación de parásitos intestinales, así como con 9
las características geográficas y ecológicas específicas del lugar esta enfermedad afecta a todas las comunidades cabe señalar que es más frecuente en otras y debe considerarse que más del 75% de la población mundial se encuentra establecida en países en desarrollo y que alrededor del 50% de la misma está constituida por personas menores de 15 años de edad, rango en que se presenta la mayor mortalidad ya que se sabe que la de las personas que viven en países del llamado tercer mundo son los que se consideran con los mayores índices de pobreza, la pobreza y las deficientes condiciones sanitarias derivadas de ella, por su mayor riesgo de infección por helmintos y protozoarios, repercuten en el estado nutricional del individuo. Los parásitos intestinales, a través de diferentes mecanismos relacionados con el tipo de enteropatógeno, privan al organismo de nutrientes. Las barreras sociales que pueden reducir la exposición a la ascariasis podría ser el proporcionar a nivel municipal la confección de folletos, de utilidad para turistas y residentes, con listados de comercios gastronómicos, y de toda otra índole, de centros culturales, hoteles, transportes, para dar a conocer las enfermedades que causa la mala higiene en el agua. Por otro lado invitar a la comunidad para conocer más acerca de la ascariasis por medio de pláticas En el ámbito industrial se mencionarían las barreras ingenieriles y se podría proponer al ayuntamiento de las comunidades el llevar a cabo una planta de tratamiento de las aguas residuales ya que estas Plantas (PTAR) se caracterizan por incorporar tratamientos Aerobios y anaerobios, acompañados de un sistema de Floculación / Decantación y por Ultimo el módulo de desinfección para el vertimiento del agua tratada en fuentes hídricas. Estas plantas de Tratamiento poseen una Eficiencia en Remoción de Contaminantes del 93.9% (DBO, DQO, SST, Grasas y Aceites). Su instalación puede ser por enterramiento o superficial, su vida útil es superior a 30 años. Son de fácil operación y reducido mantenimiento. Tratamiento de aguas residuales es muy importante realizarlo debido a que luego del uso del agua, en actividades domésticas, agrícolas e industriales, su composición Biológica se altera. La depuración de aguas residuales, también llamadas aguas negras, aporta numerosos beneficios, mejora la salud colectiva evitando enfermedades, conserva
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el medio ambiente y después de su tratamiento permite la utilización del agua para distintos fines.
10.22 Magnitud global del constituyente químico del agua en particular y solución de ingeniería y de no ingeniería.
En cuestión de la contaminación del agua existen contaminantes químicos estos Incluyen compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos o dispersos en el agua. Los contaminantes inorgánicos son diversos productos disueltos o dispersos en el agua que provienen de descargas domésticas, agrícolas e industriales o de la erosión del suelo: Los principales son cloruros, sulfatos, nitratos y carbonatos, también desechos ácidos, alcalinos y gases tóxicos disueltos en el agua como los óxidos de azufre, de nitrógeno, amoníaco, cloro y sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico). Los contaminantes orgánicos también son compuestos disueltos o dispersos en el agua que provienen de desechos domésticos, agrícolas, industriales y de la erosión del suelo. Son desechos humanos y animales, de rastros o mataderos, de procesamiento de alimentos para humanos y animales, diversos productos químicos industriales de origen natural como aceites, grasas, breas y tinturas, y diversos productos químicos sintéticos como pinturas, herbicidas, insecticidas, etc. Los contaminantes orgánicos consumen el oxígeno disuelto en el agua y afectan a la vida acuática. Las concentraciones anormales de compuestos de nitrógeno en el agua, tales como el amoniaco o los cloruros se utilizan como índice de la presencia de dichas impurezas contaminantes en el agua, los contaminantes químicos pueden clasificarse en contaminantes comunes, contaminantes especiales y metales pesados. Contaminantes comunes. DBO5 es la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los microorganismos para la oxidación aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua. Se mide a los cinco días. Su valor da idea de la calidad del agua desde el punto de vista de la materia orgánica presente y permite prever cuanto oxígeno será 11
necesario para la depuración de esas aguas e ir comprobando cual está siendo la eficacia del tratamiento depurador en una planta. Solución de ingeniería: seria la implementación de humedales a las aguas residuales ya que con estos organismos se busca regular la DBO que se encuentra en las aguas. Solución de ni ingeniería: para regular este parámetro en las aguas es necesario implementar pláticas a los ciudadanos para concientizarlos y así ser regulados.
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ANEXOS
Figura 1. Tanque rectangular de sedimentación
Figura 2. Tanque sedimentador primario de tipo circular con alimentación por el centro.
País / Organización
Argentina Alimentario)
(Codigo
Nivel contaminación máximo (µ g/l)
de
50
13
Canadá
25 Nivel Máximo de Contaminación 50 *
USA
Francia República Alemania
50 Federal
de
Organización Mundial de la Salud (OMS)
Unión Europea
40 **
Valor Guía Provisional 10
Concentración Máxima Admisible (MAC) 10***
India
50
China
50
Bangladesh 40
Tabla 1. Nivel de contaminación por país.
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Referencias.
http://procesosbio.wikispaces.com/Sedimentaci%C3%B3n www.oms.org http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/wsh0207/es/index1.html http://www.bvsde.paho.org/tecapro/documentos/agua/170doc-tecnologias.pdf
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